Ecoconception
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Comment réduire l’impact carbone de la construction ?

Des logiciels d’écoconception pour une construction plus écologique

Isabelle Dumé, journaliste scientifique
Le 6 janvier 2022 |
5 mins de lecture
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Des logiciels d’écoconception pour une construction plus écologique
Bruno Peuportier
Bruno Peuportier
directeur de recherche du lab recherche environnement à MINES ParisTech
En bref
  • Les chercheurs sont entrain de développer des outils logiciels pour faciliter le processus de conception des bâtiments plus respectueux de l'environnement.
  • Une telle approche d'écoconception progresse dans le secteur du bâtiment.
  • L'objectif est de prendre des décisions pertinentes le plus tôt possible dans le processus de conception d'une construction, car ce sont celles qui auront le plus d'impact sur la performance environnementale d'un projet in fine
  • Les logiciels fonctionnent aussi bien pour la rénovation des bâtiments anciens que pour la construction des nouveaux bâtiments.
  • L'une des techniques d'optimisation développée par l'équipe de Mines ParisTech, basée sur les « algorithmes génétiques », a été utilisé par des constructeurs de maisons individuelles.

L’écoconception con­siste à pren­dre en compte les aspects envi­ron­nemen­taux dans la con­cep­tion d’un pro­duit, une démarche applic­a­ble aux bâti­ments. Au-delà du bilan car­bone, il con­vient de pren­dre en compte les impacts sur la san­té, la bio­di­ver­sité et les ressources naturelles. Le choix des matéri­aux influ­ence les besoins énergé­tiques d’un bâti­ment. Il faut donc opti­miser l’ensemble du cycle de vie, de la fab­ri­ca­tion à la fin de vie. 

Les logiciels d’écoconception 

Pour répon­dre à ces objec­tifs, nous dévelop­pons des out­ils logi­ciels pour faciliter le proces­sus de con­cep­tion. Il est pos­si­ble de dévelop­per un mod­èle sim­pli­fié dans la phase ini­tiale de con­cep­tion ou d’utiliser une maque­tte numérique (build­ing infor­ma­tion mod­el). Ces out­ils per­me­t­tent aux archi­tectes et aux ingénieurs d’op­ti­miser les pro­jets de con­struc­tion en ter­mes de bilan énergé­tique, de con­fort ther­mique et d’im­pact envi­ron­nemen­tal en faisant vari­er divers paramètres et en analysant le résul­tat final. Ces paramètres con­cer­nent l’enveloppe des bâti­ments (iso­la­tion et iner­tie ther­mique) et les sys­tèmes (chauffage, cli­ma­ti­sa­tion, ven­ti­la­tion), mais l’évaluation tient égale­ment compte du cli­mat et du com­porte­ment des utilisateurs.

Une telle approche d’é­co­con­cep­tion pro­gresse dans le secteur du bâti­ment. L’ob­jec­tif est de pren­dre des déci­sions per­ti­nentes le plus tôt pos­si­ble dans le proces­sus de con­cep­tion d’une con­struc­tion, car ce sont celles qui auront le plus d’im­pact sur la per­for­mance envi­ron­nemen­tale d’un pro­jet in fine. C’est pourquoi il est impor­tant de dis­pos­er de logi­ciels per­me­t­tant de com­par­er facile­ment dif­férents paramètres archi­tec­turaux et tech­niques, et, par exem­ple, de choisir l’orientation d’un bâti­ment et la sur­face des fenêtres pour amélior­er l’efficacité énergé­tique. Après cette phase d’esquisse, le choix des matéri­aux à utilis­er dans la con­struc­tion peut être affiné. Il est, par exem­ple, préférable, en ter­mes d’impacts envi­ron­nemen­taux et de résilience face aux canicules, de con­stituer une couche inerte en terre crue ou en maçon­ner­ie à l’intérieur et une couche isolante biosour­cée à l’extérieur plutôt que de mélanger ces matéri­aux dans un béton de chan­vre ou de bois.

Nous pou­vons égale­ment com­par­er les per­for­mances d’un pro­jet avec des valeurs de référence que nous avons étab­lis à par­tir de mil­liers de cal­culs afin d’évaluer les impacts min­i­mum et max­i­mum de dif­férents types de bâti­ments. Par exem­ple, nous avons cal­culé com­bi­en de kilo­grammes de dioxyde de car­bone (CO2) équiv­a­lent sont émis par mètre car­ré et par an par dif­férents bâti­ments. Cela nous donne une valeur min­i­male et max­i­male pour ce paramètre – par exem­ple, entre 10 et 120 kg de CO2/m2/an pour les loge­ments. Le con­cep­teur peut alors éval­uer com­ment se situe son pro­jet par rap­port à ces valeurs de référence et si – les impacts envi­ron­nemen­taux sont trop élevés – il peut con­tin­uer à amélior­er son projet.

Analyse du cycle de vie

Nous éval­u­ons les impacts sur l’ensem­ble du cycle de vie d’un bâti­ment, de la fab­ri­ca­tion des matéri­aux de con­struc­tion à l’utilisation, la réno­va­tion et la fin de vie. Il s’ag­it d’une méth­ode d’ingénierie envi­ron­nemen­tale appelée « analyse du cycle de vie ». Si ces cal­culs sont apparus à la fin des années 1980, ils seront exigés par la loi à par­tir de 2022 pour tous les nou­veaux bâti­ments afin de garan­tir la réduc­tion des émis­sions de gaz à effet de serre. Il s’agit d’une avancée impor­tante même si cer­tains aspects de la régle­men­ta­tion doivent encore être améliorés.

Out­re les émis­sions de gaz à effet de serre, il faut aus­si éval­uer l’im­pact des pro­jets de con­struc­tion sur la san­té humaine, la bio­di­ver­sité et les ressources envi­ron­nemen­tales. Ces approches d’é­val­u­a­tion d’im­pact sont étudiées dans les lab­o­ra­toires de recherche au niveau inter­na­tion­al et appa­rais­sent de plus en plus dans les normes, telles que l’ISO et le CEN (Comité européen de nor­mal­i­sa­tion). L’Or­gan­i­sa­tion mon­di­ale de la san­té (OMS) avait ain­si défi­ni un indi­ca­teur con­cer­nant les années de vie en bonne san­té, appelé DALY (Dis­abil­i­ty adjust­ed life years, années de vie ajustées sur l’invalidité). Notre approche ana­logue nous per­met d’é­val­uer l’im­pact poten­tiel d’un bâti­ment sur la san­té en fonc­tion des sub­stances tox­iques émis­es et des con­séquences climatiques.

Pour éval­uer l’im­pact poten­tiel d’un bâti­ment sur la bio­di­ver­sité, l’indi­ca­teur que nous util­isons est le pour­cent­age d’e­spèces sus­cep­ti­bles de dis­paraître à cause de ce bâti­ment sur un cer­tain ter­ri­toire et sur une cer­taine durée. Cet indi­ca­teur prend en compte l’effet sur le cli­mat, l’acidification, et l’eu­trophi­sa­tion. Ce dernier phénomène est dû à des sub­stances qui agis­sent comme des engrais, qui pol­lu­ent ensuite les riv­ières et les appau­vris­sent en oxygène. L’u­til­i­sa­tion des sols est égale­ment prise en compte.

Bâtiments neufs versus bâtiments anciens

Les nou­veaux bâti­ments ne représen­tent chaque année qu’en­v­i­ron 1 % du parc exis­tant. Si nous voulons réduire l’im­pact envi­ron­nemen­tal glob­al de la con­struc­tion, nous devons donc égale­ment rénover les bâti­ments exis­tants. Cela peut pos­er prob­lème pour les mon­u­ments his­toriques ou, par exem­ple, les apparte­ments anciens en ville, dont les façades ne peu­vent pas être isolées par l’ex­térieur. Il faut donc les isol­er par l’in­térieur, ce qui implique la perte de pré­cieux mètres carrés. 

Heureuse­ment, l’é­co­con­cep­tion peut être appliquée aux pro­jets de réno­va­tion : nos mod­èles et nos logi­ciels fonc­tion­nent aus­si bien pour les bâti­ments anciens que pour les nouveaux.

En effet, nous avons tra­vail­lé sur de nom­breux pro­jets dans des secteurs très var­iés – loge­ments, bureaux, écoles. Nous avons donc eu de nom­breuses occa­sions de tester nos out­ils et d’é­val­uer dif­férentes con­cep­tions, que ce soit pour des bâti­ments neufs ou anciens. Il appar­tient ensuite aux bureaux d’é­tudes et aux archi­tectes d’in­té­gr­er ces out­ils dans leur tra­vail quotidien.

L’une de nos tech­niques d’op­ti­mi­sa­tion, basée sur les « algo­rithmes géné­tiques », a été util­isé par des con­struc­teurs de maisons indi­vidu­elles. Cet out­il fonc­tionne un peu comme lorsqu’un agricul­teur choisit les meilleurs ani­maux pour dévelop­per son trou­peau sur plusieurs généra­tions. Nos « gènes » peu­vent être l’é­pais­seur d’un isolant et la sur­face du vit­rage des fenêtres par exem­ple. De généra­tion en généra­tion, nous choi­sis­sons les com­bi­naisons de gènes qui pro­duisent les meilleures per­for­mances en ter­mes d’im­pact envi­ron­nemen­tal et de coût de con­struc­tion, puis nous four­nissons nos recom­man­da­tions aux constructeurs. 

Pour aller plus loin 
- Peu­porti­er B., Eco-con­cep­tion des bâti­ments et des quartiers, Press­es de l’Ecole des Mines, 336p, novem­bre 2008, http://​www​.press​es​desmines​.com/​e​c​o​-​c​o​n​c​e​p​t​i​o​n​-​d​e​s​-​b​a​t​i​m​e​n​t​s​-​e​t​-​d​e​s​-​q​u​a​r​t​i​e​r​s​.html
- Wurtz A., Peu­porti­er B., Appli­ca­tion de l’analyse de cycle de vie à un échan­til­lon de bâti­ments pour l’aide à l’évaluation des pro­jets, Con­férence IBP­SA-France, Reims, novem­bre 2020
- Recht T., Robil­lart M., Schal­bart P., Peu­porti­er B., Éco-con­cep­tion de maisons à énergie pos­i­tive assistée par opti­mi­sa­tion mul­ti­critère, Con­férence IBPSA France, Marne-la-Val­lée , mai 2016